CN102064379B - 一种电调天线及基站 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于天线领域，提供了一种电调天线及基站，电调天线包括：从上到下依次平行放置并通过支柱固接在一起的用于调节波束的天线反射板、用于使波束偏移以形成两个成预定夹角的波束的非等幅Butler矩阵的移相网络和组合件；天线反射板的上表面上装有用于发射和接收电磁波的四列双极化辐射单元；组合件包括连接在一起的具有移相功能的馈电网络和用于调节电子下倾角的传动结构。本发明的电调天线及基站，通过非等幅Butler矩阵的移相网络使波束偏移，产生两个成预定夹角的独立波束，在不明显影响相邻基站的情况下单个扇区可以升级成两个子扇区，从而实现了覆盖范围大，扩容的目的。
Description
技术领域
本发明属于天线领域，尤其涉及一种电调天线及基站。
背景技术
目前的无线通讯领域，最缺乏的就是频谱资源。为了有效地利用有限的频谱资源，在网络建设中引入了“蜂窝”的概念。为了覆盖一个大的区域，先把这个区域分成许多个蜂窝状的小的区域，这样相同的频谱资源就可以在相距较远的“小区”里使用，达到了频谱复用的效果。
随着移动用户和通话量的增加，网络扩容已经刻不容缓。传统上的扩容方法就是所谓的蜂窝分裂（cell splitting），即减少现有“小区”的覆盖区域，并且在新产生的覆盖盲区引入新的“小区”。因此，运营商就必须为蜂窝分裂付出昂贵的成本代价，不管是增加的基站设备还是租赁新的站址。然而，在人口密集的繁华的市区，可能已经寻找不到合适的站址了。比起成本骤升更加令人难以接受的是，随着网络的扩容，频谱资源复用的距离近了，更容易产生干扰。
综上所述，传统的蜂窝分裂扩容方法成本高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电调天线，旨在解决传统的蜂窝分裂扩容方法成本高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种电调天线，包括：
从上到下依次平行放置并通过支柱固接在一起的用于调节波束的天线反射板、用于使波束偏移以形成两个成预定夹角的波束的非等幅Butler矩阵的移相网络和组合件；
所述天线反射板的上表面上装有用于发射和接收电磁波的四列双极化辐射单元；
所述组合件包括连接在一起的具有移相功能的馈电网络和用于调节电子下倾角的传动结构；
其中，所述非等幅Butler矩阵的移相网络为二输入四输出的非等幅Butler矩阵的移相网络，具体包括：
第一3dB90度电桥、第二3dB90度电桥、第三3dB90度电桥和第四3dB90度电桥；
两段0.125个真空波长的具有移相功能的传输线；
两个连接件；
与第一射频信号输入端口和第二射频信号输入端口各自连接的两个一分二的不等功率分配器；
其中一个一分二的不等功率分配器的两个输出端分别连接第三3dB90度电桥和第四3dB90度电桥的一个输入端；
另一个一分二的不等功率分配器的两个输出端分别连接第三3dB90度电桥和第四3dB90度电桥的另一个输入端；
第三3dB90度电桥的一个输出端通过其中一段具有移相功能的传输线与第一3dB90度电桥的一个输入端连接，第三3dB90度电桥的另一个输出端通过其中一个连接件与第二3dB90度电桥的一个输入端连接；
第四3dB90度电桥的一个输出端通过另一个具有移相功能的传输线与第二3dB90度电桥的另一个输入端连接，第四3dB90度电桥的另一个输出端通过另一个连接件与第一3dB90度电桥的另一个输入端连接；
第一3dB90度电桥的两个输出端及第二3dB90度电桥的两个输出端与同一行的双极化辐射单元的同一极化端口连接；
两个射频信号输入端口分别与传输线的馈电端口连接。
本发明实施例还提供了一种基站，所述基站包括上述的电调天线。
本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于：通过非等幅Butler矩阵的移相网络使波束偏移，产生两个成预定夹角的独立波束，每个波束限定了新的子扇区，新的子扇区之间只有较小的重叠区域，并且两个独立的波束还一起提供与原有的天线所支持的扇区大致相同的覆盖，在不明显影响相邻基站的情况下单个扇区可以升级成两个子扇区，从而实现了覆盖范围大，扩容的目的。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电调天线的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的电调天线的非等幅Butler矩阵的移相网络的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的的组合间的部分结构示意图；
图4是本发明实施例提供的组合间的另一部分结构示意图；
图5是本发明实施例的电调天线某一频率点的水平面方向图；
图6是本发明实施例的电调天线某一频率点的垂直面方向图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，通过非等幅Butler矩阵的移相网络使波束偏移，产生两个成预定夹角的独立波束，每个波束限定了新的子扇区，新的子扇区之间只有较小的重叠区域，并且两个独立的波束还一起提供与原有的天线所支持的扇区大致相同的覆盖，在不明显影响相邻基站的情况下单个扇区可以升级成两个子扇区，从而实现了覆盖范围大，扩容的目的。
本发明实施例提供的实施方案如下：
一种电调天线，包括：
从上到下依次平行放置并通过支柱固接在一起的用于调节波束的天线反射板、用于使波束偏移以形成两个成预定夹角的波束的非等幅Butler矩阵的移相网络和组合件；
所述天线反射板的上表面上装有用于发射和接收电磁波的四列双极化辐射单元；
所述组合件包括连接在一起的具有移相功能的馈电网络和用于调节电子下倾角的传动结构。
一种基站，所述基站包括上述的电调天线
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：
实施例一：
请参阅图1至图4，本发明实施例提供的一种电调天线，包括：
从上到下依次平行放置并通过支柱固接在一起的用于调节波束的天线反射板3、用于使波束偏移以形成两个成预定夹角的波束的非等幅Butler矩阵的移相网络1和组合件；
所述天线反射板3的上表面上装有用于发射和接收电磁波的四列双极化辐射单元2；
所述组合件包括连接在一起的具有移相功能的馈电网络和用于调节电子下倾角的传动结构。
在本发明的实施例中，所述非等幅Butler矩阵的移相网络1可通过第一支柱与天线反射板3固接在一起；所述组合件通过第二支柱与非等幅Butler矩阵的移相网络1固接在一起。
在本发明的实施例中，所述双极化辐射单元2的行数具体根据需要设计；
在本发明的一个实施中，四列双极化辐射单元2的行数为二。
在本发明的一个实施例中，所述非等幅Butler矩阵的移相网络1具体为二输入四输出的非等幅Butler矩阵的移相网络。
在本发明的实施例中，通过非等幅Butler矩阵的移相网络使波束偏移，产生两个成预定夹角的独立波束，每个波束限定了新的子扇区，新的子扇区之间只有较小的重叠区域，并且两个独立的波束还一起提供与原有的天线所支持的扇区大致相同的覆盖，在不明显影响相邻基站的情况下单个扇区可以升级成两个子扇区，从而实现了覆盖范围大，扩容的目的。
实施例二：
在本发明的实施例中，所述具有移相功能的馈电网络具体包括：
由金属切割板或PCB板制作而成的用于作为馈电网络的传输线5；
可在所述传输线5上相对移动以进行移相的移相器4。
所述传动结构具体包括：
与所述移相器4连接的、用于带动所述移相器4的连接杆6；
与所述连接杆6连接的转动结构7。
在本发明的实施例中，当转动机构7转动时可带动连接杆6运动，进而带动移相器4运动，从而改变移相器4与传输线5的接触面积，从而实现移相功能。
在本发明的实施例中，具体可通过传动结构的运动使移相器4的两端远离和靠近，从而实现移相。
在应用中，移相器4和传输线5可根据实际需要设计，以满足增益、旁瓣抑制，零点填充要求。
实施例三：
在本发明的实施例中，所述非等幅Butler矩阵的移相网络1具体包括：
第一3dB90度电桥B1、第二3dB90度电桥B2、第三3dB90度电桥B3和第四3dB90度电桥B4；
两段0.125个真空波长的具有移相功能的传输线PS1和PS2；
两个连接件C和D；
与第一射频信号输入端口L和第二射频信号输入端口R各自连接的两个一分二的不等功率分配器；
其中一个一分二的不等功率分配器的两个输出端L01和L02分别连接第三3dB90度电桥B3和第四3dB90度电桥B4的一个输入端1L和2L；
另一个一分二的不等功率分配器的两个输出端R01和R02分别连接第三3dB90度电桥B3和第四3dB90度电桥B4的另一个输入端1R和2R；
第三3dB90度电桥B3的一个输出端通过其中一段具有移相功能的传输线PS1与第一3dB90度电桥B1的一个输入端连接，第三3dB90度电桥B3的另一个输出端通过其中一个连接件C与第二3dB90度电桥B2的一个输入端连接；
第四3dB90度电桥B4的一个输出端通过另一个具有移相功能的传输线PS2与第二3dB90度电桥B2的另一个输入端连接，第四3dB90度电桥B4的另一个输出端通过另一个连接件D与第一3dB90度电桥B1的另一个输入端连接；
第一3dB90度电桥B1的两个输出端A1和A3及第二3dB90度电桥B2的两个输出端A2和A4与同一行的双极化辐射单元的同一极化端口连接；
两个射频信号输入端口L和R分别与传输线5的馈电端口连接。
在本发明的实施例中，通过第一3dB90度电桥B1的两个输出端A1和A3及第二3dB90度电桥B2的两个输出端A2和A4与同一行的双极化辐射单元的同一极化端口连接，可激励同一行的双极化辐射单元－45°或＋45°极化。
具体的，第一3dB90度电桥B1的两个输出端A1、A3和第二3dB90度电桥B2的两个输出端A2和A4可通过同轴电缆线同一行的双极化辐射单元的同一极化端口连接。
在本发明的实施例中，通过非等幅Butler矩阵的移相网络1，可在4个输出端口A1、A3、A2和A4得到一定的幅度、相位关系，从而产生所需的偏转分裂的子辐射方向图。
在本发明的实施例中，所述非等幅Butler矩阵的移相网络1具体可以在微带线上实现。通过优化输入端1L、2L、1R、2R微带线的相对长度和宽度来改变一分二功分器的功率分配以及两路信号的相位关系，再通过优化具有移相功能的传输线PS1和PS2的相移，共同作用下使输出端口A1、A2、A3、A4达到预定的幅值和相位关系。
例如，在实际应用中，当四列双极化辐射单元2的行数为二时，则需要四个非等幅Butler矩阵的移相网络1与其对应的同一极化端口分别连接；
传输线5同一侧的两个馈电端口分别与对应的非等幅Butler矩阵的移相网络1的两个射频信号输入端口L、R连接。
在实际应用中，具有移相功能的馈电网络中的中设计的移相器4、传输线5、连接杆6和转动机构7的数量则根据具体四列双极化辐射单元2的行数进行相应设计。
在本发明的实施例中，每个3dB90度电桥，其接收两个输入，生成两个输出，每个输出是其输入端信号的合成。当给2个射频信号输入端口L、R激励后，通过非等幅Butler矩阵的移相网络1的作用在A1、A2、A3、A4输出特定幅度和相差。
在本发明的实施例中，所述非等幅Butler矩阵的移相网络1决定传输线5的各馈电端口的水平面方向图赋形以及波束偏转方向。所述具有移相功能的馈电网络分配同一列的各双极化辐射单元2的功率关系和相位关系，精确控制天线垂直面方向图电子下倾，以及旁瓣抑制和零点填充等方向图赋形。
请参阅图5至图6，可见，本发明的电调天线，可以产生两个独立的波束，每个波束限定了新的子扇区，新的子扇区之间只有较小的重叠区域，并且两个独立的波束还一起提供与原有的天线所支持的扇区大致相同的覆盖，在不明显影响相邻基站的情况下单个扇区可以升级成两个子扇区。也就是在传统3扇区基础上，根据特定扇区的网络需求，把N≥1个扇区分裂为2×N个扇区，用2个分裂的子扇区代替原有扇区，使用的子扇区与替代的扇区的临界覆盖区域基本一致，不会过多地产生较大的子扇区切换区而引起网络性能的下降。
实施例四：
在本发明的实施例中，所述四列双极化辐射单元2的列距约为0.5个真空波长；行距约为0.6～0.95个真空波长。
在实际应用中，可根据电调天线得到增益需求来确定四列双极化辐射单元2行数、及行距和列距。
实施例五：
在本发明的实施例中，所述非等幅Butler矩阵的移相网络1具体可由PCB微带线制成。
实施例六：
在本发明的实施例中，所述四列双极化辐射单元2的工作频率为806-960MHz或1710-2170MHz。
在应用中，当双极化辐射单元满足在806-960MHz，1710-2170MHz等频段要求时，设计与之匹配的非等幅Butler矩阵的移相网络以及相应的具有移相功能馈电网络，最终的电调天线即可满足806-960MHz，1710-2170MHz等频段。
实施例七：
在本发明的实施例中，所述四列双极化辐射单元2的行间或/和列间设置有金属挡板。
通过设置的金属挡板，可以起到去耦的作用，从而减小四列双极化辐射单元2之间的互耦。
实施例八：
本发明实施例还提供了一种基站，所述基站包括上述的电调天线。
本发明的电调天线及基站，通过非等幅Butler矩阵的移相网络使波束偏移，产生两个成预定夹角的独立波束，每个波束限定了新的子扇区，新的子扇区之间只有较小的重叠区域，并且两个独立的波束还一起提供与原有的天线所支持的扇区大致相同的覆盖，在不明显影响相邻基站的情况下单个扇区可以升级成两个子扇区，从而实现了覆盖范围大，扩容的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电调天线，其特征在于，包括：
从上到下依次平行放置并通过支柱固接在一起的用于调节波束的天线反射板、用于使波束偏移以形成两个成预定夹角的波束的非等幅Butler矩阵的移相网络和组合件；
所述天线反射板的上表面上装有用于发射和接收电磁波的四列双极化辐射单元；
所述组合件包括连接在一起的具有移相功能的馈电网络和用于调节电子下倾角的传动结构；
其中，所述非等幅Butler矩阵的移相网络为二输入四输出的非等幅Butler矩阵的移相网络，具体包括：
第一3dB90度电桥、第二3dB90度电桥、第三3dB90度电桥和第四3dB90度电桥；
两段0.125个真空波长的具有移相功能的传输线；
两个连接件；
与第一射频信号输入端口和第二射频信号输入端口各自连接的两个一分二的不等功率分配器；
其中一个一分二的不等功率分配器的两个输出端分别连接第三3dB90度电桥和第四3dB90度电桥的一个输入端；
另一个一分二的不等功率分配器的两个输出端分别连接第三3dB90度电桥和第四3dB90度电桥的另一个输入端；
第三3dB90度电桥的一个输出端通过其中一段具有移相功能的传输线与第一3dB90度电桥的一个输入端连接，第三3dB90度电桥的另一个输出端通过其中一个连接件与第二3dB90度电桥的一个输入端连接；
第四3dB90度电桥的一个输出端通过另一个具有移相功能的传输线与第二3dB90度电桥的另一个输入端连接，第四3dB90度电桥的另一个输出端通过另一个连接件与第一3dB90度电桥的另一个输入端连接；
第一3dB90度电桥的两个输出端及第二3dB90度电桥的两个输出端与同一行的双极化辐射单元的同一极化端口连接；
两个射频信号输入端口分别与传输线的馈电端口连接。
2.如权利要求1所述的电调天线，其特征在于，所述具有移相功能的馈电网络具体包括：
由金属切割板或PCB板制作而成的用于作为馈电网络的传输线；
在所述传输线上相对移动以进行移相的移相器；
所述传动结构具体包括：
与所述移相器连接的、用于带动所述移相器的连接杆；
与所述连接杆连接的转动结构。
3.如权利要求1所述的电调天线，其特征在于，所述第一3dB90度电桥的两个输出端和第二3dB90度电桥的两个输出端通过同轴电缆线同一行的双极化辐射单元的同一极化端口连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电调天线，其特征在于，所述四列双极化辐射单元的列距为0.5个真空波长，行距为0.6～0.95个真空波长。
5.如权利要求1至3中任一项所述的电调天线，其特征在于，所述非等幅Butler矩阵的移相网络由PCB微带线制成。
6.如权利要求1至3中任一项所述的电调天线，其特征在于，所述四列双极化辐射单元的工作频率为806-960MHz或1710-2170MHz。
7.如权利要求1至3中任一项所述的电调天线，其特征在于，所述四列双极化辐射单元的行间或/和列间设置有金属挡板。
8.一种基站，其特征在于，所述基站包括权利要求1至3中任一项所述的电调天线。
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